CN103487901A

CN103487901A - 一种光纤激光合束器

Info

Publication number: CN103487901A
Application number: CN201310446965.9A
Authority: CN
Inventors: 施建宏; 闫大鹏; 李成; 李立波; 黄中亚
Original assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明涉及一种光纤激光合束器，包括多根激光输入光纤、端帽、机械件、光缆，其特征在于：多根激光输入光纤的一端通过熔融拉锥，结合为一束光纤束，光纤束与端帽熔接，且光纤束与端帽固定于一机械件内，多根激光输入光纤固定于光缆内，结合成一整体。本发明通过光纤束与端帽直接熔接方式，使得多根激光输入光纤合束，减小损耗，减小模式影响造成的光束质量恶化。本发明在一个器件上实现了激光合束与激光传输等多个功能，具有体积小、可靠性高，集成度高等优点，能够在保证高光束质量的基础上，实现高功率激光合束。

Description

一种光纤激光合束器

技术领域：

本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种光纤激光合束器，用于将多路高功率激光器输入的信号，合成为一个输出，达到提高光纤激光器输出功率、同时保证光束质量的目的。

技术背景：

光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于机械加工、医疗、汽车制造及军事等领域。随着其应用领域的不断拓展，如汽车制造、传播制造等行业中厚金属板的激光器切割和焊接，希望光纤激光器的输出功率达到数千瓦至数十千瓦。

虽然目前单根光纤的输出功率已经突破2000W，但仅限于实验室水平，且由于掺杂光纤内的非线性效应以及热损伤等物理机制的限制，单根光纤输出功率的进一步提升将非常困难，目前成熟的单个光纤激光器功率单元一般功率在1500W左右。

为提高光纤激光器的输出功率，这就需要将多个光纤激光器功率单元合为一束输出，主要有相干合成和非相干合成两种方法。光纤激光器的相干合成结构较为复杂，且不易调节，可靠性、稳定性不佳，目前国内外报道实现最高功率仅为数千瓦，不适合应用于高功率光纤激光器产品中。光纤激光器的非相干合成主要有光栅法、布拉格体光栅法等，但这些自由空间元件要求精度高且稳定性差，也不适合用于制造高功率光纤激光器产品。

传统的光纤功率合束器一般采用多根光纤拉锥，成为一束，再与一根光纤熔接，最后与光纤跳线熔接，作为输出端输出。该方案由于光纤合束器与光纤跳线是两个部件，使得可靠性大为下降且成本很高；由于存在两个熔接点，器件的损耗较高，对于1KW以上高功率，每增加0.5%的损耗，器件可靠性、稳定性会下降10%以上；由于器件中间存在很长一段多模光纤，经过耦合以后光束质量大为影响。

发明内容：

本发明的目的为了克服现有技术存在的缺陷和问题，提供一种光纤激光合束器，克服了相干合成功率不高、稳定性差，传统功率合成光束质量差、成本高等缺陷问题，实现了多束激光，高功率、高光束质量合成。

本发明涉及用于光纤激光器功率合成的激光合束器及传输***，包括多路激光输入信号，激光合束器，高功率端帽，以及固定上述装置的固定座以及光纤光缆。所述激光合束器其特征在于，输入端为多路激光信号，通过通过熔融拉锥，结合为一束光纤束，通过熔接，使得光纤束与输出端帽结合，该光纤束与端帽固定于一机械件内，多束光纤束固定于光缆内，使得结合成一整体。本发明通过光纤束与端帽直接熔接方式，使得多束激光合束，减小了损耗，减小了模式影响造成的光束质量恶化。该发明，在一个器件上实现了多个器件的功能，具有体积小、可靠性高，集成度高等优点，能够在保证高光束质量的基础上，实现高功率激光合束。

一种光纤激光合束器，包括多根激光输入光纤、端帽、机械件、光缆，其特征在于：多根激光输入光纤的一端通过熔融拉锥，结合为一束光纤束，光纤束与端帽熔接，且光纤束与端帽固定于一机械件内，多根激光输入光纤固定于光缆内，结合成一整体。

激光输入光纤为单模光纤或多模光纤。

激光输入光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。

多根激光输入光纤的一端通过熔融拉锥结合为一束光纤束，光纤束端通过切割或者磨抛使得其端面齐平。

多根激光输入光纤通过旋转打绞或者穿一套管内，结合成一束，通过融拉拉锥使得彼此结合，熔融拉锥加热使用氢氧火焰、石墨丝、激光或电极放电方式；加热的方式是直接热接触或者间接热传导。

光纤束端面齐平后直接与一端帽熔接，采用氢氧火焰、石墨丝、激光或电极放电方式熔接。

所述端帽的材料为高纯熔融石英、氟化钙、氟化霉、宝石、硅或硒化锌。

所述端帽的一端与光纤束熔接，另外一端磨抛呈圆弧状，端面镀膜。

本发明通过光纤束与端帽直接熔接方式，使得多根激光输入光纤合束，减小损耗，减小模式影响造成的光束质量恶化。本发明在一个器件上实现了激光合束与激光传输等多个功能，具有体积小、可靠性高，集成度高等优点，能够在保证高光束质量的基础上，实现高功率激光合束。

附图说明：

图1是本发明实施例提供的的主视图。

图2是本发明的光纤束切割后端面示意图。

图3、4分别是本发明的光纤束与端帽熔接后激光传播示意图。

图5是本发明的7束激光在端帽端面光束示意图。

具体实施方式：

如图1所示，本发明包括多根激光输入光纤16、端帽11、机械件12、光缆13，多根激光输入光纤16的一端通过熔融拉锥，结合为一束光纤束14，光纤束14端通过切割或者磨抛使得其端面齐平如图2所示；光纤束14与端帽11熔接，端帽另外一端磨抛呈圆弧状，端面镀膜；且光纤束14与端帽11固定于一机械件12内，多根激光输入光纤16固定于光缆13内，结合成一整体。熔融拉锥采用现有装置来实现。光纤束与端帽熔接后激光传播如图3、图4所示。

以激光输入光纤为7根的光纤信号为例，其制备方法如下：

1、7路激光输入光纤为纤芯直径20um、包层直径400um的双包层光纤，NA=0.065，激光光束质量M2<1.2;

2、将7根光纤为纤芯直径20um、包层直径400um的双包层光纤，穿于一石英套管内，使用氢氧火焰拉锥机器，拉锥机器为现有装置，使得光纤束拉锥至300um，7根光纤，单根包层为80um；

3、使用该拉锥机器，在拉锥锥区中间切割，切割端面角度小于0.5°；

4、把一根10mm的石英棒两端磨抛，端面磨抛粗糙度小于0.5nm，一端镀增透膜，增透膜透过率高于99.9%，表面损伤阈值高于20J/cm²。另外一端与上述光纤束熔接，熔接采用氢、氧火焰熔接；

5、把上述端帽与光纤束整体固定于一铜管内，铜管固定于一金属套筒内，7根激光输入光纤穿于一金属铠装内，金属铠装与金属套筒连接、固定成为一个整体。

6、端帽出射端固定一激光保护窗口，方式灰尘污染端帽端面。

基于该方法，我们已经成功实现7束激光输入，效率大于99.8%，BPP<1.5,当7束激光同时输入时，端帽端面使用CCD测试光斑分布，如图5所示，整个光斑分布均匀，没有发生畸变，说明该方法很好保证了每束激光的光束质量。

市场同等类别的功率合束器，效率大于98%，BPP<2.5，我们的方法制作的合束器较其性能提高很多。

Claims

1.一种光纤激光合束器，包括多根激光输入光纤、端帽、机械件、光缆，其特征在于：多根激光输入光纤的一端通过熔融拉锥，结合为一束光纤束，光纤束与端帽熔接，且光纤束与端帽固定于一机械件内，多根激光输入光纤固定于光缆内，结合成一整体。

2.如权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于：激光输入光纤为单模光纤或多模光纤。

3.如权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于：激光输入光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。

4.如权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于：多根激光输入光纤的一端通过熔融拉锥结合为一束光纤束，光纤束端通过切割或者磨抛使得其端面齐平。

5.如权利要求1或4所述的光纤激光合束器，其特征在于：多根激光输入光纤通过旋转打绞或者穿一套管内，结合成一束，通过融拉拉锥使得彼此结合，熔融拉锥加热使用氢氧火焰、石墨丝、激光或电极放电方式；加热的方式是直接热接触或者间接热传导。

6.如权利要求1所述的光纤激光合束器，其特征在于：光纤束端面齐平后直接与一端帽熔接，采用氢氧火焰、石墨丝、激光或电极放电方式熔接。

7.如权利要求1或6所述的光纤激光合束器，其特征在于：所述端帽的材料为高纯熔融石英、氟化钙、氟化霉、宝石、硅或硒化锌。

8.如权利要求1或6所述的光纤激光合束器，其特征在于：所述端帽的一端与光纤束熔接，另外一端磨抛呈圆弧状，端面镀膜。